光敏傳感器的應(yīng)用

PAGE1畢業(yè)論文（設(shè)計）論文（設(shè)計）題目：光敏傳感器的應(yīng)用所屬系別專業(yè)班級姓名學(xué)號指導(dǎo)教師摘要在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，對于高精密的產(chǎn)品需要借助各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達(dá)到最好的質(zhì)量。因此可以說，沒有眾多的優(yōu)良的傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎(chǔ)。而光敏傳感器是利用光敏元件將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器，在自動控制和非電量電測技術(shù)中占有非常重要的地位。本文主要介紹了傳感器的分類及認(rèn)識，對光敏傳感器的工作原理概述，并對光敏傳感器在實際中的應(yīng)用進(jìn)行了介紹。關(guān)鍵詞：光敏傳感器；結(jié)構(gòu)；工作原理；應(yīng)用AbstractInmodernindustrialproduction,forthehighprecisionproductsneededbyvarioussensorstomonitorandcontroltheproductionprocessparameters,sothatthedevicesworkinthenormalstateorcondition,andmakethebestproductstothequality.Sowecansay,withoutalargenumberofexcellentsensor,themodernizationofproductionalsolostthefoundation.Whilethephotosensitivesensoristheuseofaphotosensitiveelementtoconvertopticalsignalsintoelectricalsignalsofthesensor,automaticcontrolandelectricmeasurementtechnologyoccupiesaveryimportantposition.Thispapermainlyintroducestheclassificationofsensorandtheunderstanding,theapplicationinpracticeareintroduced.Keywords：Photosensitivesensor;structure;workingprinciple;application目錄1引言 12傳感器的概述 12.1傳感器的定義 12.2傳感器的組成 12.3傳感器的特性 22.4光敏傳感器 23光敏傳感器的工作原理 34光敏傳感器的應(yīng)用 54.1光敏傳感器在智能手機上的應(yīng)用 54.2光敏傳感器在聲光控開關(guān)電路中的應(yīng)用 75總結(jié) 8參考文獻(xiàn) 9致謝詞 101引言傳感器是一種能夠感受規(guī)定的被測量，并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，其輸入信號（被測量）往往是非電量，輸出信號常常為易于處理的電量，如電壓等。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，工業(yè)技術(shù)的廣泛拓展，而人類在探知各個未知領(lǐng)域和空間的拓展，電子信息種類也日益繁多，信息傳遞速度日益加快，信息處理能力日益增強，相應(yīng)的信息采集——傳感技術(shù)也將日益發(fā)展，傳感器也將無所不在。在機電一體化系統(tǒng)中，傳感器處系統(tǒng)之首，其作用相當(dāng)于系統(tǒng)感受器官，能快速、精確地獲取信息并能經(jīng)受嚴(yán)酷環(huán)境考驗，是機電一體化系統(tǒng)達(dá)到高水平的保證。如缺少這些傳感器對系統(tǒng)狀態(tài)和對信息精確而可靠的自動檢測，系統(tǒng)的信息處理、控制決策等功能就無法談及和實現(xiàn)。光敏傳感器具有非接觸、響應(yīng)快、性能可靠等特點，因而在工業(yè)自動控制及智能機器人中得到廣泛應(yīng)用。2傳感器的概述2.1傳感器的定義傳感器好比人的五官，人通過五官即眼（視覺）、耳（聽覺）、鼻（嗅覺）、舌（味覺）、四肢（觸覺）感知和接收外界信息，然后通過神經(jīng)系統(tǒng)傳輸給大腦進(jìn)行加工處理。傳感器則是一個控制系統(tǒng)的“電五官”，它感測到外界的信息，然后反饋給系統(tǒng)的處理器即“電腦”進(jìn)行加工處理。傳感器是一種以一定的精確度把被測量轉(zhuǎn)換為與之有確定對應(yīng)關(guān)系的、便于應(yīng)用的某種物理量的測量裝置。其具體含義包括以下幾方面：（1）傳感器是測量裝置，能完成檢測任務(wù)；（2）它的輸入量是某一被測量，可能是物理量，也可能是化學(xué)量、生物量等；（3）它的輸出量是某種物理量，且這種量要便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理和顯示等，另外，這種量可以是氣、光、電量，但主要是電量；（4）輸出/輸入有對應(yīng)關(guān)系，且應(yīng)有一定的精確程度。2.2傳感器的組成傳感器的輸出信號通常是電量，因為它便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理和顯示等。電量有很多形式，如電壓、電流、電容、電阻等，輸出信號的形式由傳感器的原理確定。通常，傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件及其他輔助部件組成。其中，敏感元件是指傳感器中能直接感受或響應(yīng)被測量的部分；轉(zhuǎn)換元件是指傳感器中將敏感元件感受或響應(yīng)的被測量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測量的電信號的部分。由于傳感器的輸出信號一般都很微弱，因此需要有信號調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路對其進(jìn)行放大和運算調(diào)制等。隨著半導(dǎo)體器件與集成技術(shù)在傳感器中的應(yīng)用，傳感器的信號調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路可以安裝在傳感器的殼體里，也可以與敏感元件一起集成在同一芯片上。此外，信號調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路以及傳感器工作必須有輔助電源，因此，信號調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路以及所需的電源都應(yīng)作為傳感器組成的一部分。（1）敏感元件。它能直接感受被測非電量，并按一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成與被測非電量有確定對應(yīng)關(guān)系的其他物理量。（2）轉(zhuǎn)換器件（又稱變換器、傳感器件）。將敏感元件輸出的非電物理量（如位移、應(yīng)變、光強等）轉(zhuǎn)換成電路參量。（3）信號調(diào)節(jié)（轉(zhuǎn)換）電路。將轉(zhuǎn)換器件輸出的電信號進(jìn)行放大、運算、處理等，以獲得便于顯示、記錄、處理和控制的有用電信號。（4）輔助電源。它的作用是提供能源。有的傳感器需要外部電源供電；有的傳感器則不需要外部電源供電，如壓電傳感器。2.3傳感器的特性傳感器的特性是指傳感器的輸入量和輸出量之間的對應(yīng)關(guān)系。通常把傳感器的特性分為兩種：靜態(tài)特性和動態(tài)特性。靜態(tài)特性是指輸入不隨時間而變化的特性，它表示傳感器在被測量各個值處于穩(wěn)定狀態(tài)下輸入輸出的關(guān)系。動態(tài)特性是指輸入隨時間而變化的特性，它表示傳感器對隨時間變化的輸入量的響應(yīng)特性。一般來說，傳感器的輸入和輸出關(guān)系可用微分方程來描述。理論上，將微分方程中的一階及以上的微分項取為零時，即可得到靜態(tài)特性。因此傳感器的靜特性是其動特性的一個特例。傳感器除了描述輸入與輸出量之間的關(guān)系特性外，還有與使用條件、使用環(huán)境、使用要求等有關(guān)的特性。2.4光敏傳感器光敏傳感器是最常見的傳感器之一，它的種類繁多，主要有：光電管、光電倍增管、光敏電阻、光敏三極管、太陽能電池、紅外線傳感器、紫外線傳感器、光纖式光電傳感器、色彩傳感器、CCD和CMOS圖像傳感器等。它的敏感波長在可見光波長附近，包括紅外線波長和紫外線波長。2-1光敏傳感器光傳感器不只局限于對光的探測，它還可以作為探測元件組成其他傳感器，對許多非電量進(jìn)行檢測，只要將這些非電量轉(zhuǎn)換為光信號的變化即可。光傳感器是目前產(chǎn)量最多、應(yīng)用最廣的傳感器之一，它在自動控制和非電量電測技術(shù)中占有非常重要的地位。最簡單的光敏傳感器是光敏電阻，當(dāng)光子沖擊接合處就會產(chǎn)生電流。3光敏傳感器的工作原理光敏傳感器內(nèi)裝有一個高精度的光電管,光電管內(nèi)有一塊由”針式二管”組成的小平板,當(dāng)向光電管兩端施加一個反向的固定壓時,任何光了對它的沖擊都將導(dǎo)致其釋放出電子,結(jié)果是,當(dāng)光照強度越高,光電管的電流也就越大,電流通過一個電阻時,電阻兩端的電壓被轉(zhuǎn)換成可被采集器的數(shù)模轉(zhuǎn)換器接受的0-5V電壓,然后采集以適當(dāng)?shù)男问桨呀Y(jié)果保存下來.簡單的說，光敏傳感器就是利用光敏電阻受光線強度影響而阻值發(fā)生變化的原理向機器人主機發(fā)送光線強度的模擬信號。光敏電阻器又叫光感電阻，其工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。光敏電阻是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器；入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。⑴光敏電阻原理：它是基于半導(dǎo)體光電效應(yīng)工作的。光敏電阻無極性，純粹是一個電阻元件。使用時可以加直流電壓，也可以加交流電壓。光敏電阻的工作原理：光照時，電阻很?。粺o光照時，電阻很大。光照越強，電阻越小；光照停止，電阻又恢復(fù)原值。光譜范圍：從紫外線區(qū)到紅外線區(qū)。優(yōu)點：靈敏度高，體積小，性能穩(wěn)定，價格較低。光敏電阻的性能參數(shù)：光敏電阻不受光照時的電阻成為暗電阻，此時流過的電流成為暗電流。在受到光照時的電阻成為亮電阻，此時電流稱為亮電流。暗電阻越大越好，亮電阻越小越好。實際應(yīng)用時，暗電阻大約在兆歐級，亮電阻大約在幾千歐以下。光敏電阻的伏安特性：①所加電壓Ｕ越高，光電流Ｉ也越大，而且無飽和現(xiàn)象。②在給定的光照下，Ｕ－Ｉ曲線是一直線，說明電阻值與外加電壓無關(guān)。③在給定的電壓下，光電流的數(shù)值將隨光照的增強而增加。(2)光敏二極管光敏二極管與半導(dǎo)體二極管在結(jié)構(gòu)上是類似的,其管芯是一個具有光敏特征的PN結(jié)，具有單向?qū)щ娦裕虼斯ぷ鲿r需加上反向電壓。無光照時,有很小的飽和反向漏電流,即暗電流，此時光敏二極管截止。當(dāng)受到光照時,飽和反向漏電流大大增加，形成光電流,它隨入射光強度的變化而變化。當(dāng)光線照射PN結(jié)時，可以使PN結(jié)中產(chǎn)生電子一空穴對，使少數(shù)載流子的密度增加。這些載流子在反向電壓下漂移，使反向電流增加。因此可以利用光照強弱來改變電路中的電流。無光是出于截止?fàn)顟B(tài)，有光時導(dǎo)通。（3）光敏三極管非為PNP和NPN兩種。光敏三極管和普通三極管相似，也有電流放大作用，只是它的集電極電流不只是受基極電路和電流控制，同時也受光輻射的控制。通常基極不引出，但一些光敏三極管的基極有引出，用于溫度補償和附加控制等作用。光電特性：在光敏電阻兩級電壓固定不變時，光照度與電阻及電流間的關(guān)系稱為光電特性，光電特性曲線如圖3-1所示圖3-1光敏電阻特性曲線4光敏傳感器的應(yīng)用光敏傳感器的應(yīng)用主要是光敏電阻的應(yīng)用，因此在自動控制、家用電器中存在廣泛的應(yīng)用，例如：在電視機中作亮度自動調(diào)節(jié)、在照相機中作自動曝光、在路燈、航標(biāo)中作自動電路控制、防盜報警裝置等。4.1光敏傳感器在智能手機上的應(yīng)用手機從最初的芯片降耗節(jié)能，實現(xiàn)超常待機，到LCD“屏變”，節(jié)能、健康、不刺眼，一直發(fā)展到今天，利用線性光敏傳感器LXD/GB5-A1DPZ實現(xiàn)諸多功能，值得大家一起來鑒賞：⑴節(jié)能（鍵盤感應(yīng)）在正常使用手機的情況下，白天可自動關(guān)閉鍵盤背光燈，晚上則可自動開啟，起到節(jié)能作用。⑵智能感光（LCD屏感應(yīng)）感應(yīng)環(huán)境光線強弱自動調(diào)節(jié)LCD屏亮度等級、圖像色彩。太陽光下看得更清晰，晚上不刺眼，隨時隨地自動調(diào)節(jié)亮度。保護(hù)視力的同時能節(jié)省30%的功耗。⑶來電鈴聲轉(zhuǎn)靜音當(dāng)您正在會議中，手機卻響起洪亮的來電鈴聲，而對方又是自己多年未見的好朋友，接？還是掛？都不行！輕觸光感IC窗口兩次，來電鈴聲輕松轉(zhuǎn)為靜音了，既不打擾會議，又不會得罪朋友，一舉兩得。⑷拍攝自動補光感應(yīng)拍照時什么時候該開補光燈呢？交給光感ICLXD/GB5-A1DPZ吧，只要您在自動模式下，它就會在需要補光時自動為您開啟補光燈，不需時自動為您關(guān)閉。⑸應(yīng)用電路以國產(chǎn)器件為例介紹下可見光傳感器在手機的設(shè)計應(yīng)用。LXD/GB5-A1DPZ(SMD1206)是專為小型數(shù)碼產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)的低照度IC型可見光傳感器，為縮小體積，為國標(biāo)LED1206的2腳貼片封裝，采用串聯(lián)電流輸出方式，串一個電阻就可以轉(zhuǎn)換成電壓信號。LXD/GB5-A1DPZ(SMD1206)是線性輸出的器件，非常適合帶ADC口的芯片，只需增加一個電阻就可以完成硬件的電路。CPU從ADC口讀出的是一個數(shù)字，這數(shù)字隨LXD/GB5-A1DPZ(SMD1206)感應(yīng)到光的亮度的變化而變化，光越強這數(shù)字就越大，光減弱這數(shù)字也跟著減小，這樣軟件設(shè)計人員就非常簡單方便的利用這個數(shù)字。假設(shè)在最強的環(huán)境光下讀出的數(shù)值是9999，如果背光亮度分5級變光，那預(yù)設(shè)每級的增量就是2000，在實際調(diào)試中再作增減。如果是數(shù)字輸出的軟件設(shè)計人員還得學(xué)習(xí)了解該器件的數(shù)字輸出方式，測試解決好跟CPU的IO口握手的問題，增加了工作量跟開發(fā)周期。建議采樣周期為0.5秒，不會過多的占用系統(tǒng)資源。手機在使用中比如在車上，會一時在太陽下一時在樹陰下，為了避免屏幕背光跟隨環(huán)境光突變產(chǎn)生頻閃傷害到眼睛，需要在級與級變化中加上延時，具體的延時時間看各手機公司的方案了，一般是在2秒內(nèi)完成級變。圖4-1應(yīng)用電路很多的手機廠家更有自己的創(chuàng)意，有一個光控鈴聲音量的功能，即通過外界光線的強弱，來控制鈴聲的大小，如手機裝在衣服口袋或是皮包里時，就大聲振鈴，而取出時，環(huán)境光改變了，振鈴就隨著減小。這個功能很有意思，一方面可以避免鈴聲過小誤接電話，一方面又可以適應(yīng)環(huán)境的需要，避免影響他人，同時還能節(jié)省電量。4.2光敏傳感器在聲光控開關(guān)電路中的應(yīng)用聲光控開關(guān)節(jié)能燈控制電路方框如圖4-2所示：聲音信號聲音信號MIC電子開關(guān)與非門控制電路光敏電阻整流電路延時電路圖4-2聲光控開關(guān)節(jié)能燈控制電路光敏器件包括光敏電阻、光敏二極管及光敏三極管等。光敏器件可以用來以可見光或紅外光的形式控制報警器、測試儀、自動開關(guān)、繼電器等多種裝置或執(zhí)行機構(gòu)。因此光敏器件在自動化技術(shù)中起著極其重要的作用。光敏電阻的特性與人眼最為接近，因此，光敏電阻比較適合用于聲光控路燈、照相機曝光表、空氣煙塵檢測器等可見光裝置。在光線較暗時，光敏電阻呈高阻態(tài)；在光線較亮?xí)r，光敏電阻呈低阻態(tài)，光敏電阻通常都工作于直流或低頻狀態(tài)下。因此，選擇光敏電阻做為光敏器件。每個與非門有2個輸入端一個輸出端，與非門的特點是，輸入端有低電平輸出高電平，輸入端全部高電平輸出低電平，邏輯表達(dá)式為：。圖3-2CD4011內(nèi)部結(jié)構(gòu)聲光控電路不僅應(yīng)用于燈開關(guān)，還可以應(yīng)用很多的自動開關(guān)電路，甚至還可以做成簡易的報警電路；做為學(xué)電子信息的一名學(xué)生，我們還可在這一領(lǐng)域探討研究，將聲光控電路加以改進(jìn)。實踐證明：采用聲光控電路能有效的節(jié)約能源。因此構(gòu)建節(jié)約型社會，請選擇聲光控傳感電路產(chǎn)品。5總結(jié)隨著社會的發(fā)展，電子信息、傳感器產(chǎn)品在日常生活中屢見不新，更新的速度也飛之極快。傳感器是一種物理裝置或生物器官，能夠探測、感受外界的信號、物理條件（如光、熱、濕度）或化學(xué)組成（如煙霧），并將探知的信息傳遞給其他裝置或器官，也就是我們所說的將非電量轉(zhuǎn)化為電量的一種儀器。光敏傳感器具有非接觸、響應(yīng)快、性能可靠等特點，在工業(yè)自動控制及智能機器人中將得到廣泛應(yīng)用。

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